中介軟體增強框架之-CaptureFramework框架

宜信技術學院發表於2019-08-05

背景

應用服務監控是智慧運維繫統的重要組成部分。在UAV系統中，中介軟體增強框架（MOF）探針提供了應用畫像及效能資料收集等功能，其中資料收集功能主要採集四類資料：實時資料、畫像資料、呼叫連結資料生成以及執行緒資料分析資料。為實現實時資料採集，UAVStack設計了CaptureFramework框架，提供統一的資料抓取行為和生成抓取結果能力。

CaptureFramework執行原理

關鍵技術說明：

JavaAssist
Monitor捕獲體系
precap/docap

架構說明：

捕獲點：支援Tomcat、MSCP、Springboot、Jetty埋點。
UAVServer單例：作為統一的捕獲入口點，提供了同步和非同步方法。
StandardMonitor：實現了Monitor介面，是實時資料抓取實現類，提供了doCapture方法，負責抓取行為和生成抓取結果。
MonitorElemCapHandler：不同的抓取邏輯和抓取點的共同介面實現不同的埋點邏輯，提供了抓取行為的方法preCap與doCap以及生成抓取結果的方法preStore。
StandardMonitorRepository：儲存實時資料抓取資料結構。
DataObserver：暴露了JMX/HTTP介面資料。

關鍵類說明

Monitor實時監控主要是從DefaultMonitorSupporter類啟動初始化StandardMonitor物件，通過CaptureFramework將monitor物件安裝到DataStore物件中。
DataObserver提供JMX/HTTP服務，供後續MA抓取使用，其中Http服務註冊了三個handler，分別為HttpJEEJVMObserver、HttpJEEMonitorObserver、 HttpJEEProfileObserver。不同的handler暴露了不同的介面。
MonitorHandler包下的Handler類具體處理Monitor的指標資料計算和統計。

捕獲點剖析

CaptureFrameWork框架提供了統一的捕獲入口點，在UAVServer中分別提供了同步方法與非同步方法：

同步捕獲入口點： runMonitorCaptureOnServerCapPoint

非同步捕獲入口點： runMonitorAsyncCaptureOnServerCapPoint

同步與非同步呼叫的差異分析：

非同步比同步多增加了一個引數CaptureContextMapFromAnotherThread，該引數若不為空，則需要合併上下文的資訊。一般情況下在使用非同步方法埋點時，在方法執行前呼叫非同步捕獲方法傳入的CaptureContextMapFromAnotherThread為空，並返回封裝好的上下文資訊，在方法執行結束後呼叫非同步捕獲方法傳入上下文資訊，並進行上下文資訊合併，再進行具體的捕獲操作，具體可參考以下程式碼片段：

方法執行前的非同步呼叫：

方法執行後的非同步呼叫如下，其中ccMap為非同步呼叫返回的封裝好的上下文資訊：

抓取行為剖析

Monitor介面：提供了多個介面，其中最主要的是doCapture與doPreStore方法，doCapture用來實現在特定的捕獲點執行抓取資料行為，doPreStore方法用來實現在儲存到資料結構之前的一些捕獲動作，做一些特殊資料的處理。
StandardMonitor類： Monitor介面的具體實現類。
StandardMonitorRepository類：儲存實時資料抓取資料結構。
MonitorElementInstance介面：儲存實時資料抓取資料結構的例項介面。
StandardMonitorElementInstance類：MonitorElementInstance介面的具體實現類。

無論是同步捕獲入口點還是非同步捕獲入口點都會執行doCapture方法，程式碼片段如下：

monitor.doCapture是呼叫了Monitor介面中的doCapture，其實現類是StandardMonitor。

StandardMonitor中的doCapture方法主要做了如下操作：

根據引數獲取當前的MonitorElement陣列，MonitorElement陣列通過StandardMonitorRepository的getElementByCapId實現；
迴圈處理MonitorElement陣列，獲取捕捉資料實現類，根據實現類獲取當前要執行的handler，最後根據當前獲取的handler判斷捕獲階段（precap/docap），然後進行相應的處理。不同的handler根據不同的特性處理生成MonitorElementInstance，最後將結果儲存在StandardMonitorRepository資料結構中。

以**ServerEndRespTimeCapHandler（服務端抓取行為）**為例：

preCap方法：只記錄了服務的開始請求時間。
doCap方法：根據不同的monitorElemId進行不同的邏輯處理，最後封裝好MonitorElementInstance例項，然後再進行抓取行為結果的處理，其中包含最大值消峰、最大值、最小值、返回狀態碼、時間戳更新、計數等相應的資料處理。

什麼是實時資料

即執行時資料，指的是在程式執行時產生的資訊，程式佔用的CPU、堆記憶體、JVM資訊以及提供服務訪問與客戶端呼叫的相關統計資訊(平均響應時間、訪問計數等)。

服務端資料採集

DefaultMonitorSupporter的實現

服務端資料採集以DefaultMonitorSupporter.start為入口點，構建monitor例項：

預設構建service型別的StandardMonitor例項，其中包含StandardMonitorRepository例項，StandardMonitorRepository例項註冊monitor，一個該例項包含多個MonitorElement例項，並將所有的MonitorElement例項儲存在elemsMap屬性中。

elemsMap屬性根據不同的採集物件儲存不同的採集類handler：

ServerEndRespTimeCapHandler：採集Server、APP、URL的響應時間和載入計數等.
JVMStateCapHandler：採集jvm狀態，包括Heap使用、GC計數、執行緒計數、CPU、class計數等。程式碼片段如下：

客戶端資料採集

DefaultClientMonitorSupporter的實現

客戶端資料採集以DefaultClientMonitorSupporter.start為入口點，構建monitor例項：

預設構建client型別的StandardMonitor例項，其中包含StandardMonitorRepository例項，StandardMonitorRepository例項註冊monitor，一個該例項包含多個MonitorElement例項，並將所有的MonitorElement例項儲存在elemsMap屬性中。